達林頓三極體

達林頓三極體在1953年由美國電氣工程師和發明家Sidney Darlington發明。達林頓三極體由兩個普通的雙極型三極體（BJT）組成，其中一個三極體的發射極連接到另外一個三極體的基極，形成電流增益更大的複合三極體管。

Sidney Darlington(1906~1997,10)

下圖顯示了兩種達林頓管的具體的連接方式，左邊的是由一對NPN型雙極型三極體組成的NPN型的達林頓三極體，右邊則是由一對PNP型的三極體組成的PNP型的達林頓三極體。

在這種配置下，達林頓三極體的電流增益近似等於組成它的兩個三極體電流增益的乘積。

NPN型和PNP型達林頓三極體

達林頓管中第一個三極體起工作在射極跟隨器工作模式，對輸入電流進行放大，提高了輸入阻抗。這使得達林頓管可以被普通的TTL，CMOS門電路驅動。

為了使得達林頓管飽和，輸入電壓需要高於兩倍的Vbe。另外，達林頓管飽和時，它的C、E之間的電壓需要維持第一級三極體工作電壓，這也比普通的三極體飽和電壓（大約0.2V）要高得多，一般大於0.65V。在大電流下，這個電壓會更高，這就大大增加了達林頓管在開關狀態下的功耗。

使用兩個8050組成的NPN型達林頓管

使用100kHz，幅值為4V的方波信號驅動上述電路，測量輸入電壓和集電極輸出電壓波形如下。

可以看出，達林頓管在飽和導通下C、E之間的電壓仍然有0.67V。開關信號的延遲大約為2us。

除了上面由兩個相同極性三極體組成的達林頓三極體之外，還可以將NPN，PNP型三極體交叉配置，組成一種稱為Sziklai 達林頓三極體，或稱為推挽(Push-Pull)配置。

Sziklai達林頓管是由匈牙利人George Clifford Sziklai發明的。他在1930年移居美國，在一些電子公司工作。他共申請了160多個專利，包括有彩色電機及和攝像機等發明，Sziklai達林頓管也是專利之一。

下面顯示了Sziklai達林頓三極體的組成方式。

PNP型和NPN型Sziklai達林頓三極體

由於Sziklai達林頓管第一級三極體工作在共集模式，因此它的輸入阻抗比較低。它的電流增益比起普通的達林頓配置略微小一點，它的飽和電壓大一點。

Sziclai管通常作為普通達林頓管的互補型管來使用。比如它組成PNP型管子與NPN型的達林頓管組成音頻放大器的輸出級，可以得到更加對稱的輸出特性。

下面是由8050和8550組成的Sciklai達林頓三極體電路。

如下是對應的輸入輸出波形。飽和電壓為0.69V，比前面由兩個NPN：8050組成的達林頓管的飽和電壓大。

現在所使用的達林頓管都不再使用分立元件搭建，所需要的兩個三極體以及基級電阻都集成在一起，形成統一的單個達林頓管。

BC517是一款常用的NPN型達林頓小功率三極體，Vces=30V,Ic=20mA時，電流增益大於30000。由於達林頓三極體是由兩個三極體組合而成，它的參數有著較大的離散性，並受到環境溫度影響較大。

下圖是BC517在不同溫度下，隨著集電極電流變化對應的電流增益hFE的取值。在環境溫度為25°，Ic=150mA的時候，電流增益最大。

BD681是中功率達林頓管，Vceo=100V,工作電流可達4A。電流增益大於750。

ULN2003A是一款價格便宜、使用廣泛的達林頓陣列集成晶片，其中集成了七個NPN型的達林頓三極體。輸入極具有很高的阻抗，可以直接由TTL，或者CMOS門電路驅動，輸出級最高可以承受50V電壓，吸收500mA電流。達林頓管陣列SN75468可以承受100V工作電壓。

達林頓管陣列內部還有反向續流二極體，通過晶片公共端可以連接至負載電源，這對帶動感性負載可以節省額外的續流二極體。

ULN2003A內部邏輯結構

由於在集成晶片，達林頓三極體的基級電阻做了優化匹配，三極體的響應速度得到了提高。下圖顯示了ULN2003帶動510歐姆電阻時，輸入輸出波形，它們之間的延時很小。